KR101241566B1 - 띠장 겸용 캡 빔을 이용한 흙막이 가시설의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흙막이 벽체를 이루는 H-Pile과 현장타설 콘크리트말뚝 상부를 일체화하여 상부를 고정시켜 주는 캡 빔을 보강하여 흙막이 가시설 1단 띠장으로 활용함으로써 흙막이 벽체 상부 및 인접 지반 변위 억제와 경제적 시공이 가능하도록 한 띠장 겸용 캡 빔을 이용한 흙막이 가시설의 시공방법에 관한 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 띠장 겸용 캡 빔을 이용한 흙막이 가시설의 시공방법은, 간격을 두고 H-Pile을 일렬로 시공하고 H-Pile 사이에 다수 개의 현장타설 말뚝을 주열식으로 시공하여 흙막이 벽체를 구축하는 단계; H-Pile 및 흙막이 벽체를 보강하는 철근을 흙막이 벽체의 상면에서 돌출되도록 노출시키는 단계; 노출된 H-Pile 및 흙막이 벽체를 보강하는 철근이 매입되고 H-Pile과 다수 개의 현장타설 말뚝의 상부를 일체화하여 상부를 고정시켜 주는 철근콘크리트 구조의 캡 빔을 형성하는 단계; 및 캡 빔의 길이방향을 따라 일정한 간격으로 그라운드 앵커를 설치하는 단계를 포함한다.

Description

띠장 겸용 캡 빔을 이용한 흙막이 가시설의 시공방법{Method for Constructing Cap Beam Combined Wale For Retaining Wall}

본 발명은 흙막이 벽체를 이루는 H-Pile과 현장타설 말뚝 상부를 일체화하여 상부를 고정시켜 주는 캡 빔을 보강하여 흙막이 가시설 1단 띠장으로 활용함으로써 흙막이 벽체 상부 및 인접 지반 변위 억제와 경제적 시공이 가능하도록 한 띠장 겸용 캡 빔을 이용한 흙막이 가시설의 시공방법에 관한 것이다.

흙막이 가설공법은 직접기초, 말뚝기초, 지하구조물 등을 만들 경우의 굴착에 있어서 주변의 토사나 지하수가 굴착지반 내에 침입하지 않도록 하기 위한 가설구조물이다. 가시설은 공사중에 사용되며 공사완료 후는 철거되는 것으로 본체 구조물을 축조하기 위하여 일시적으로 사용되는 것으로 종래에는 경시되었으나 최근에는 공사가 대형화되고 복잡하게 되어 그 비용이나 공사량, 공기가 전체 공사에서 차지하는 비율이 커졌기 때문에 매우 중요시되고 있다.

흙막이 가설공법은 주변의 토사를 지지하는 흙막이 벽체와 이 흙막이 벽체를 지지하는 지보재로 구성되며 흙막이 벽체 및 지보재의 종류에 따라 다양하게 분류할 수 있다. 대표적인 흙막이 가설공법으로는 H-Pile 및 토류판공법, 시트파일(Sheet Pile) 공법, 주열식 흙막이공법, 슬러리월(Slurry Wall)공법 등이 있다.

H-Pile 및 토류판공법은 H-Pile(엄지말뚝)을 일정한 간격으로 박고 굴착과 동시에 토류판을 H-Pile 사이에 끼워 흙막이 벽체를 설치하는 공법으로 스트럿트(Strut) 버팀대나 앵커를 설치하여 흙막이 벽체를 지지하는 것으로 시공이 비교적 간단하고 경제적이며 공기도 짧으나 차수성이 떨어져 그라우팅 보강을 필요로 하고 히빙(Heaving) 현상에 대한 대책이 요구된다는 단점이 있다.

시트파일(Sheet Pile) 공법은 강재 널 말뚝을 연속으로 연결하여 흙막이 벽체를 형성하는 공법으로 차수성이 높아 연약지반에 적합한 공법이다.

주열식 흙막이공법은 현장타설 콘크리트말뚝을 연속적으로 박아 주열식으로 흙막이 벽체를 형성하는 공법으로 말뚝 내에는 철근 및 H-Pile을 박아 흙막이 벽체를 보강한다. 저소음공법으로 차수성이 우수하고 벽체의 강성이 높으며 주변침하가 적으나 공기가 비교적 길어지고 공사비가 증대된다는 단점이 있다. 주열식 흙막이공법에는 보링기로 지반을 굴착한 후 공 내에 기조립된 철근 및 조골재를 채우고 몰탈을 주입하여 현장에서 파일을 시공하는 CIP(Cast in Place)공법과, 굴착한 공 내의 흙을 시멘트풀과 혼합하고 H-Pile이나 철근을 압입하여 시공하는 SCW(Soil Cement Wall)공법이 있다.

슬러리월(Slurry Wall)공법은 지반굴착시 안정액을 사용하여 지반의 붕괴를 방지하면서 굴착하여 그 속에 철근망을 넣고 콘크리트를 타설하여 연속적으로 콘크리트 흙막이 벽체를 설치해가는 공법이다. 이 공법은 공사의 안전성, 공해문제, 인접건물의 영향성을 고려하여 도심지 공사에 적합하다.

도심지 굴착시 근접한 구조물(도로, 건물 등)로 인해 굴착 공법은 제한적인 공법을 적용할 수밖에 없고 대표적인 도심지 굴착공법으로는 H-Pile을 주요자재로 사용하여 계획된 위치에 타입하고 내부를 굴착하여 내려가는 공법이 일반적으로 사용되고 있다.

이때 H-Pile 사이에 벽체를 형성하는 방법으로는 위에서 살펴본 바와 같이 목재판(H-Pile 및 토류판공법)이나 현장타설 말뚝 즉, 흙+시멘트풀 말뚝(SCW(Soil Cement Wall)공법)과 현장타설 콘크리트 말뚝( CIP(Cast in Place)공법)을 시공하여 가시설 벽체로 사용하게 된다. 현장타설 말뚝을 사용하는 경우 도 6에 도시된 바와 같이 그 상단에 콘크리트를 타설하여 H-Pile(110)과 현장타설 말뚝(120) 상부를 일체화하여 상부를 고정시켜 주는데 이를 캡 빔(Cap Beam, 200)이라고 한다.

종래의 경우 캡 빔은 H-Pile의 수평라인 정돈과 현장타설 콘크리트 말뚝 상부 변위를 억제하는 역할로만 활용하였다. 즉, 굴착시 벽체를 지지하는 띠장으로서의 역할로는 활용하지 못했다. 따라서 굴착을 위해서는 도 4a에 도시된 것처럼 그 하부에 근접하여 제1 단 띠장(410)을 별도로 설치하는 것이 필요하여 비경제적인 시공이 된다는 문제점이 있다.

본 발명은 종래 캡 빔이 가지는 이러한 문제점을 감안하여 창작된 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

본 발명은 종래 흙막이 벽체의 상부 변위만을 억제하던 캡 빔을 흙막이 벽체를 지지하는 띠장으로도 활용할 수 있도록 한 띠장 겸용 캡 빔을 이용한 흙막이 가시설의 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 띠장 겸용 캡 빔을 이용한 흙막이 가시설의 시공방법은, 간격을 두고 H-Pile을 일렬로 시공하고 H-Pile 사이에 다수 개의 현장타설 말뚝을 주열식으로 시공하여 흙막이 벽체를 구축하는 단계; H-Pile 및 흙막이 벽체를 보강하는 철근을 흙막이 벽체의 상면에서 돌출되도록 노출시키는 단계; 노출된 H-Pile 및 흙막이 벽체를 보강하는 철근이 매입되고 H-Pile과 다수 개의 현장타설 말뚝의 상부를 일체화하여 상부를 고정시켜 주는 철근콘크리트 구조의 캡 빔을 형성하는 단계; 및 캡 빔의 길이방향을 따라 일정한 간격으로 그라운드 앵커를 설치하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 캡 빔은 사각형의 단면형상을 가지는 기둥 형상이 되고 굴착면 쪽의 상부 모서리는 그라운드 앵커와 직교하고 그라운드 앵커를 정착시킬 수 있도록 절취된 정착면이 형성된다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 그라운드 앵커는 캡 빔에 매입된 정착장치를 통해 설치되고, 정착장치는, 캡 빔을 관통하는 쉬스관과, 쉬스관의 일단에 결합된 정착판 그리고 쉬스관의 반대쪽 끝단에 결합된 고정판 및 정착판과 고정판을 연결하면서 쉬스관을 가운데 두고 둘러싸는 배부른 원통형 형태로 배치되는 다수 개의 종방향 구속철근을 포함한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 정착장치는, 종방향 구속철근의 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 종방향 구속철근을 둘러싸는 다수 개의 횡방향 구속철근을 더 포함한다.

본 발명에 따르면 굴착을 위한 띠장의 단수가 절감되어 보다 경제적인 시공이 가능하다. 또한 그라운드 앵커를 흙막이 벽체 상단에 설치하게 되므로 흙막이 벽체 상부 및 인접지반의 변위를 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 흙막이 가시설의 시공방법을 순서대로 나타낸 예시도로서, 도 1은 평면도, 도 2와 도 3은 종단면도이다.
도 4a는 종래 기술에 따른 흙막이 가시설을 나타낸 단면도이고, 도 4b는 본 발명에 따른 흙막이 가시설을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 정착장치를 나타낸 예시도로서 (가)는 사시도이고 (나)는 캡 빔에 설치된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6은 종래 기술에 따른 흙막이 가시설을 나타낸 것으로, (a)는 입면도, (b)는 종단면도이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 흙막이 가시설의 시공방법을 순서대로 나타낸 예시도로서, 도 1은 평면도, 도 2와 도 3은 종단면도이다.

도면을 참조하면 본 발명에 따른 흙막이 가시설의 시공방법은 흙막이 벽체를 시공하는 단계, 캡 빔을 시공하는 단계 및 그라운드 앵커로 캡 빔을 지지하는 단계를 포함한다.

도 1에서와 같이, 본 발명에서 흙막이 벽체는 간격을 두고 H-Pile(11)을 일렬로 시공하고 H-Pile(11) 사이에 이 분야에서 공지된 주열식 흙막이 벽체를 시공하는 방법 즉, 보링기로 지반을 굴착한 후 공 내에 기조립된 철근 및 조골재를 채우고 몰탈을 주입하여 현장에서 파일을 시공하는 CIP(Cast in Place)공법 또는 굴착한 공 내의 흙을 시멘트풀과 혼합하고 H-Pile이나 철근을 압입하여 시공하는 SCW(Soil Cement Wall)공법을 적용하여 현장타설 말뚝(12)을 주열식으로 시공하여 흙막이 벽체(10)를 완성할 수 있다.

CIP공법 또는 SCW공법에서 철근(121,122)은 응력분담재로서 공지된 것처럼 H-Pile을 철근과 함께 사용하거나 H-Pile과 철근을 교대로 사용할 수 있다. 본 발명은 이렇게 H-Pile(11) 사이에 현장타설 벽체(12)를 형성하는 방법 이외에 현장타설 말뚝으로만 구성된 벽체에도 적용될 수 있다.

흙막이 벽체를 시공할 때 공지된 흙막이 벽체와 달리 본 발명에서는 H-Pile(11) 및 벽체를 보강하는 철근(121)을 벽체의 상면에서 돌출되도록 노출시켜 후술하는 것처럼 캡 빔(20)과의 일체화를 보강한다.

흙막이 벽체의 시공이 완료되면, 도 2에 도시된 것처럼, 상단에 콘크리트를 타설하여 H-Pile(11)과 현장타설 벽체(현장타설 말뚝(12)으로 이루어지는 벽체)의 상부를 일체화하여 상부를 고정시켜 주는 캡 빔(20)을 시공한다.

본 발명에서는 종래 상부 변위만 억제하던 캡 빔(20)을 보강하여 앵커지지력을 충분히 지지할 수 있도록 위에서 설명한 것처럼 H-Pile(11) 및 벽체를 보강하는 철근(121)을 벽체의 상면에서 돌출되도록 노출시켜 캡 빔(20)과의 일체화를 보강하고 앵커지지력에 의한 회전 모멘트에 저항하도록 하였다. H-Pile(11) 및 벽체를 보강하는 철근(121)을 노출시키는 방법은 벽체를 구성하는 현장타설 말뚝(12)의 두부를 정리하는 과정에서 이루어질 수 있다.

본 발명에서 캡 빔(20)은 제1 단 띠장으로서도 기능하는 것이므로 토압을 받는 흙막이 벽체를 지지할 수 있는 충분한 강도와 강성을 가져야 한다. 이를 위해 캡 빔(20)은 보와 마찬가지로 길이방향을 따라 배열되는 주철근(21)과 길이방향에 직각방향으로 일정 간격으로 배치되는 스터럽 철근(22)에 의해 보강될 수 있다.

캡 빔(20)은 사각형의 단면형상을 가지는 가로로 긴 기둥 형상이 될 수 있고 굴착면 쪽의 상부 모서리는 그라운드 앵커(30)와 직교하고 그라운드 앵커(30)를 정착시킬 수 있도록 절취되어 정착면(23)을 형성한다. 캡 빔(20)에는 그라운드 앵커(30)의 설치를 고려하여 길이방향을 따라 일정 간격으로 쉬스관(24)이 매설되고 쉬스관(24)은 정착면(23)과 직교하도록 경사지게 설치된다. 이러한 캡 빔(20)은 거푸집을 조립하고 콘크리트를 타설하는 일반적인 현장타설 콘크리트 구조물의 시공방법과 동일한 방식에 의해 형성될 수 있다.

캡 빔(20)의 시공이 완료되면, 도 3에서와 같이, 그라운드 앵커(30)로 캡 빔(20)을 지지하여 캡 빔(20)이 흙막이 벽체의 제1 단 띠장으로서 기능할 수 있도록 한다. 그라운드 앵커(30)는 설치방법은 이 분야에서 공지되어 있으므로 간략하게 설명하면 아래와 같다.

먼저 캡 빔(20)에 매설된 쉬스관(24)을 통해 흙막이 벽체의 배면을 향해 천공한다. 다음으로 천공된 구멍에 보강재(31)를 삽입한 다음 그라우트재(32)를 주입하여 보강재(31)의 선단을 정착시킨다. 마지막으로 보강재(31)를 긴장한 상태에서 캡 빔(20)에 형성된 정착면(23)에 정착판(33)을 대고 보강재(31)의 단부를 고정하면 된다. 보강재(31)의 단부는 보강재(31)의 종류에 따라 쐐기나 너트(34)를 이용해 고정될 수 있다.

그리고 캡 빔(20)을 제1 단 띠장으로 활용하여 제2 단 띠장을 설치할 위치까지 굴착한 다음 띠장(40)을 대고 그라운드 앵커(3)로 지지하는 과정을 반복하여 설계 심도까지 굴착함으로써 흙막이 가시설의 설치가 완료된다(도 4b 참조).

이렇게 하여 본 발명에서는, 도 4b에서와 같이, 캡 빔(20)이 제1 단(최상단) 띠장의 역할도 담당하게 되고 그에 따라 벽체 상부 변위 억제가 더욱 뛰어날 뿐만 아니라 굴착공사시 소요되는 강재 띠장의 개소(단수)도 줄일 수 있어 보다 경제적인 시공이 가능하다는 이점을 가진다.

한편, 보강재(31)에 긴장력을 도입할 때 캡 빔(20)에 작용하는 지압응력을 효과적으로 분산시켜 캡 빔(20)에 균열이 발생되지 않도록 하기 위해 본 발명에서는 도 5에 도시된 정착장치(50)를 캡 빔(20)을 형성하기 위한 거푸집 조립시 미리 설치할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 정착장치를 나타낸 예시도로서 (가)는 사시도이고 (나)는 캡 빔에 설치된 상태를 나타낸 단면도이다.

도 5에서와 같이, 정착장치(50)는 쉬스관(24)과, 쉬스관(24)의 일단에 결합된 정착판(33) 그리고 쉬스관(24)의 반대쪽 끝단에 결합된 고정판(51) 및 정착판(33)과 고정판(51)을 연결하면서 쉬스관(24)을 가운데 두고 둘러싸고 배부른 원통형 형태로 배치되는 다수 개의 종방향 구속철근(52)을 포함한다.

정착판(33)과 고정판(51)에는 각각 보강재(31)가 관통할 수 있도록 쉬스관(24)의 내경에 대응되는 크기의 관통공(331,511)이 각각 형성된다. 정착판(33)은 위에서 설명한 것처럼 캡 빔의 굴착면 쪽의 상부 모서리에 형성된 정착면(23)에 위치하게 되고, 고정판(51)은 굴착면 반대쪽의 측면에 위치하게 된다. 도면에서 정착판(33)과 고정판(51)은 사각형 형태인 것으로 도시되었으나 이는 예시적인 것으로 정착판(33)과 고정판(51)은 원형, 오각형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.

종방향 구속철근(52)은 쉬스관(24)에서 일정 거리 떨어진 위치에서 쉬스관(24)의 길이방향과 나란한 방향으로 동그랗게 배치되고 중앙부가 바깥쪽으로 배부른 형태가 된다. 즉, 각 종방향 구속철근(52)은 만곡된 형상이 되고 이들은 중앙부가 배부른 원통형 형상을 이룬다. 따라서 다수 개의 종방향 구속철근(52)은 정착판(33)을 통해 콘크리트에 가해지는 압축력에 의해 콘크리트가 팽창하는 것을 구속함으로써 콘크리트의 지압응력을 높여 균열이 발생되는 것을 방지하게 된다.

콘크리트의 구속효과를 보다 향상시키기 위해 종방향 구속철근(52)의 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 종방향 구속철근(52)을 둘러싸는 다수 개의 횡방향 구속철근(53)이 더 설치될 수 있다.

이같이 정착장치(50)를 캡 빔(20)에 설치함으로써 보강재(31)에 긴장력을 도입할 때 캡 빔(20)에 작용하는 지압응력을 효과적으로 분산시키고 지압응력을 받는 콘크리트를 종방향 구속철근(52)과 횡방향 구속철근(53)으로 구속함으로써 캡 빔(20)에 균열이 발생되는 방지할 수 있다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

11: H-Pile
12: 현장타설 말뚝
20: 캡 빔
23: 정착면
24: 쉬스관
30: 그라운드 앵커
31: 보강재
50: 정착장치
51: 고정판
52: 종방향 구속철근
53: 횡방향 구속철근

Claims (4)

1. 간격을 두고 H-Pile을 일렬로 시공하고 H-Pile 사이에 다수 개의 현장타설 말뚝을 주열식으로 시공하여 흙막이 벽체를 구축하는 단계;
   H-Pile 및 흙막이 벽체를 보강하는 철근을 흙막이 벽체의 상면에서 돌출되도록 노출시키는 단계;
   노출된 H-Pile 및 흙막이 벽체를 보강하는 철근이 매입되고 H-Pile과 다수 개의 현장타설 말뚝의 상부를 일체화하여 상부를 고정시켜 주는 철근콘크리트 구조의 캡 빔을 형성하는 단계; 및
   캡 빔의 길이방향을 따라 일정한 간격으로 그라운드 앵커를 설치하는 단계를 포함하며,
   그라운드 앵커는 캡 빔에 매입된 정착장치를 통해 설치되고,
   정착장치는,
   캡 빔을 관통하는 쉬스관과, 쉬스관의 일단에 결합된 정착판 그리고 쉬스관의 반대쪽 끝단에 결합된 고정판 및 정착판과 고정판을 연결하면서 쉬스관을 가운데 두고 둘러싸는 배부른 원통형 형태로 배치되는 다수 개의 종방향 구속철근을 포함하는 것을 특징으로 하는 띠장 겸용 캡 빔을 이용한 흙막이 가시설의 시공방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   캡 빔은 사각형의 단면형상을 가지는 기둥 형상이 되고 굴착면 쪽의 상부 모서리는 그라운드 앵커와 직교하고 그라운드 앵커를 정착시킬 수 있도록 절취된 정착면이 형성된 것을 특징으로 하는 띠장 겸용 캡 빔을 이용한 흙막이 가시설의 시공방법.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   정착장치는,
   종방향 구속철근의 길이방향을 따라 일정한 간격을 두고 종방향 구속철근을 둘러싸는 다수 개의 횡방향 구속철근을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 띠장 겸용 캡 빔을 이용한 흙막이 가시설의 시공방법.

Images